單元法向
關注創建者：老白CAE 創建時間：2018-07-13
單元法向的視頻教程
利用Cohesive單元模擬一款橡膠膠黏劑的機械性能-法向拉伸
利用Cohesive單元模擬一款橡膠膠黏劑的機械性能-法向拉伸 求解器LSDYNA 971R7.1 MAT138
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Hypermesh-Abaqus聯合仿真-2D軸對稱模型
一、課程簡介 二、Hypermesh前處理 單元劃分——坐標要求、梯度網格 材料設置——超彈泡棉 屬性設置——沙漏控制 剛體設置——基于實體單元的剛體約束 接觸對設置——基于2D單元的surface 隱式分析步設置 對稱邊界條件設置——變形體約束、剛體參考點約束 場輸出設置 三、后處理及建模關鍵要點 系統坐標系與軸對稱模型坐標系對照關系 單元法向的要求 四、inp文件結構解析
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ABAQUS復合材料層合板方法系統講解--入門+提高篇
本視頻課程詳細講解了傳統殼與連續殼的異同，指明殼單元的法向方向，殼單元堆積的方向、界面點、積分點、以及殼在ABAQUS中應該注意的事項；詳細的講解了多種復合材料建模方法；詳細的講解了多種坐標系的使用方法和應用場合；詳細的講解了3種設置堆疊方向的方法；詳細的講解了復合材料三點彎曲（實例1：復合材料傳統殼三點彎曲；實例2：復合材料連續殼三點彎曲；實例3: 復合材料3D 實體三點彎曲）過程中應該注意的種種事項
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單元法向的實例教程
通過HyperMesh調整Abaqus實體單元的法向（掃略方向）
在Abaqus中進行復合材料實體單元建模時，有時候會遇到單元掃略方向不是我們想要的那種狀態，為了得到正確的單元信息，需對單元掃略方向進行調整
這樣才能保證復合材料鋪層是從下往上，而不是從有到左
為了實現這一功能，需進行如下步驟
首先定義材料坐標系，鋪層角度參考材料坐標系，OptiStruct結果輸出基于單元坐標系。調整單元法向、 單元坐標系和材料坐標系（單元坐標系與材料坐標系一致）。
1. 單元法向
調整復合材料單元法向，可以確定鋪層的厚度方向，單元偏置也是根據單元法向來進行。點擊工具欄的normal，進入單元法向調整界面，如下圖所示。首先查看單元法向是否一致，面板中comps選擇需要單元所在的components，再點擊display normals，可以根據顏色（單元法向指向紅色的一邊）看出單元法向是否一致。單元法向不一致的需要進行調整，面板中comps選擇需要調整單元所在的components，orientation選擇單元法向正確的單元，最后點擊adjust normals便完成單元法向的調整。
2. 鋪層角度
復合材料鋪層角度是基于參考坐標系定義的。鋪層角度示意圖如下圖所示。
3. 單元坐標系與材料坐標系
對于正交各向異性單元，材料坐標系默認平行于單元坐標系，如圖為單元坐標系與材料坐標系的關系。
各個單元的單元坐標系不相同，故材料坐標系也不相同，需調整正交各項異性單元的材料坐標系使其相同。調整前后的材料坐標系示意圖如下圖所示。
HyperMesh調整材料坐標系流程：點擊2D-composite，如下圖（a）；選擇material orientation如下圖（b），選取需要調整的elements，指定正確的坐標系后點擊project。調整完成后的結果如下圖（c）所示。
以上就是HyperMesh中關于復合材料坐標系調整的一些知識，后續持續更新復合材料建模教程
展開 2、兩種方法，
方法一，將氣體流入簡化為均勻壓力載荷；
方法二，使用均壓氣囊法。這種方法與安全氣囊方法一致，從本方法中，大家可以學習安全氣囊建模的方法。
材料卡片
氣球網格為2D網格，材料對應的也需要采用2D材料。氣球的實際材料為橡膠，具有超彈材料的特性，因此本文選用了mat_121。
氣球材料卡片及材料參數
材料mat_121是一個粘彈性材料本構模型，它采用的是Maxwell方程。Maxwell模型通過一個彈簧單元和一個阻尼單元串聯形成。
Maxwell材料模型
對于Maxwell模型，有以下關系：
在應變保持不變的基礎上，應力會逐漸變小趨向于0，這種現象我們稱之為應力松弛。Maxwell模型能夠較好地表征橡膠的應力松弛行為。
邊界條件設置
氣球吹起膨脹的過程，實際上是將氣體吹入氣球內部，內部壓力增大，向外膨脹的過程。因此，我們可以通過兩種方法來模擬這一過程，方法一是一種簡化的方式，既然本質上是壓力增大，我們可以將模型簡化為表面壓力；方法二是采用均壓安全氣囊法，該方法與實際情況更加匹配。當然，既然是安全氣囊，同樣可以采用FPM法。
方法一
氣體流入簡化為壓力，只需要設置一個壓力卡片即可。
由于壓力是有方向的，在設置壓力之前，需要對模型的法向進行檢查，保證法向的一致性，并明確法向的方向。本模型中，氣球的法向是統一朝外的。
單元法向
VPS中，壓力方向與單元法向相反，因此，在設置壓力卡片時，輸入負值為法線方向，正值為法線負方向。
壓力載荷卡片
方法二
氣囊建模可以使用均勻壓力法(Uniform pressure) 和 FPM 方法 (Finite Point Method 有限點法)。本文將采用UP法進行氣囊建模。
展開 兩端分別兩個網格單元，中間用如圖所示的1D單元連接... 3
關于例子1的拓展：... 5
猜想1——例子2. 圓孔中心通過1D單元連接施加力，中心點在圓孔正中心... 5
猜想2——例子3. 圓孔中心通過1D單元連接施加力，中心點不在圓孔正中心... 5
例子4. 圓孔中心通過1D單元連接施加力，力方向垂直于單元法向... 6
例子5. 圓孔中心通過1D單元連接施加力，力方向垂直于單元法向... 7
施力位置在單元平面內 向垂直力的方向偏移... 7
例子6. 圓孔中心通過1D單元連接施加力，力方向垂直于單元法向... 7
施力位置沿單元法向偏移 再沿力的方向偏移... 7
例子7. 實體單元... 8
四、載荷——扭矩... 10
例子8. 扭矩. 10
五、總結... 11
---------------------------------以下正文----------------------------------------
前言
問題1. Rbe2和Rbe3哪個適合做約束施加中心，哪個適合做載荷施加中心？
有經驗的CAE工程師，會建議我們，施加約束時，使用Rbe2單元，施加載荷的時候使用Rbe3單元。
這種說法正確嗎？
為什么？
問題2. Rbe2和Rbe3力的分配是中心點平均分配到各連接節點上嗎？
下圖所示，兩側的力是平均分配嗎？還是跟中心點跟兩邊點的距離有關。
分配到相連接的節點上的情況又是怎么樣的？
問題3. Rbe2和Rbe3中心點不在連接點所在平面的正中心會影響力的分配嗎？
下圖所示，
力的施加高度不同會對變形有影響嗎？有沒有力矩的作用？
對相連接節點力有影響嗎？
力的施加位置向其他方向偏移對變形有影響嗎？
展開 ???碰撞分析模型的單元要滿足以下質量標準
???2D網格質量檢查
??5mm網格標準
??8mm網格標準
??10mm網格標準
關鍵位置，關鍵部件的網格標準必須嚴格按照表中規定的標準進行劃分。
???3D網格質量檢查標準
???注意事項
重復單元檢查：模型中不允許出現重復單元。
自由邊檢查：部件中除邊界為不能出現自由邊，保持節點連續性。
體單元用HyperMesh中Face/Edges命令檢查節點連續性。
面單元法向檢查，部件的單元法向要保持一致。
去除自由節點。
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喵星人在不突破板殼力學基本理論的前提下，發現可以通過相互作用的法向接觸場變量CPRESS來代替其他單元與殼單元的法向作用力，如圖所示。需要注意的是，由于CPRESS已經表明是接觸法向，因此不具備張量特性，不再強調是服從哪個坐標系。
shell normal殼單元法向填充，不改變反向，
surface normal填充方式為新生成實體單元的法向改變下一層實體單元拉伸方向
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修補幾何拓補關系后劃分網格，得到完整的結構力學計算所用有限元模型，如下：
?
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設置屬性與材料，需要注意的是，這里外型面的網格不是在幾何模型的中面位置而是在其外表面，因此需要設置一下pshell屬性里的ZOFFS偏移參數
?
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該參數可能為正可能為負，和殼單元的法向相關，至于是否設置正確
接觸單元在法向具有剛度，該剛度定義了兩個物體之間的連接。你可以把接觸單元想象成一種膠水，將物體粘在一起。這種膠水的剛度就是法向接觸剛度。所以，盡管有“粘結”的定義，但兩個物體之間的連接仍然存在一定的柔性，如下所示，一個簡單測試模型的接觸剛度與產生的間隙的關系圖說明了這一點：
相比之下，用于粘結接觸的MPC公式不會為連接計算剛度。
有過彈塑性力學基礎的同學們都知道，我們單元的應力狀態有正應力與剪應力，根據坐標的指向，可以分為以下類別：
正應力：σxx，σyy，σzz
切應力：τxy，τxz，τyx，τyz，τzx，τzy
我們知道：
τxy=τyx，τxz=τzx，τyz=τzy
其在彈性力學中的分布跟坐標系相關，如下所示：
如上圖，z坐標方向單元面的法向應力為z方向的正應力σzz，z坐標方向的指向x方向的切應力則為
安全氣囊建模需要以下幾點的注意事項：
1、封閉腔室，
2、單元法向統一，且整體向外，
3、安全氣囊卡片內參數與整體定義的單位系統要統一，
……
下圖所示是安全氣囊卡片的整體結構：
安全氣囊卡片整體結構
在氣囊建模之前，需要先對單元法向進行檢查，在方法一中，已經做過該檢查，單元法向統一朝外，符合要求。
提取有限元模型的節點、單元信息
1) 導出有限元模型
2) 提取模型的節點及單元數據
3) 計算FullFaceShell包含的殼單元的法向向量
4. 計算模型的諧響應數據
1) 導出為有限元軟件能識別的模型文件
2) 模態分析
3) 諧響應分析
4) 讀取諧響應數據
5. 輸出載荷的PSD數據
6.
節點可以沿著 2D 單元自由邊法向移動。
vertex morphing 方法中的變量可以是任意節點，面內的節點的運動方向是單元法向，外側節點可以沿著 2D 單元自由邊法向移動。
節點可以沿著 2D 單元自由邊法向移動。
vertex morphing 方法中的變量可以是任意節點，面內的節點的運動方向是單元法向，外側節點可以沿著 2D 單元自由邊法向移動。
另外，由于應用聲學邊界元法進行聲學響應分析，故要求單元法向必須指向計算域的一側，針對艙內噪聲分析，即要求法向均指向艙內，在分析前需要進行聲學網格前處理，將網格法向調整為指向艙內。
